- •Цифровая схемотехника.
- •Занятия по курсу
- •Информация
- •Темы
- •Лабораторные работы.
- •Литература.
- •Цифровая схемотехника
- •Тема 1.1. «Введение в цифровую схемотехнику»
- •Аналоговые электрические сигналы
- •Дискретные и цифровые сигналы
- •Значения (состояния) цифровых сигналов
- •Цифровые микросхемы.
- •Характеристики МОП-транзисторов
- •Функционирование МОП-транзистора
- •КМОП-инвертер
- •Пример аналогичных схем ТТЛ и КМОП: инвертор
- •КМОП-элемент И-НЕ (NAND)
- •КМОП-элемент ИЛИ-НЕ (NOR)
- •Реализация логических элементов КМОП без инверсии
- •Параметры цифровых сигналов и схем
- •Значения напряжений «0» и «1»
- •Что дает кодирование уровней диапазонами напряжений
- •Помехоустойчивость
- •Совместимость схем по уровням
- •Несовместимость схем с различным напряжением питания
- •Параметры уровней напряжения для цифровых схем
- •Уровни напряжений сигналов для цифровых ИМС различных типов с различным напряжением питания (пример)
- •Нагрузочная способность
- •Последствия перегрузки выходов
- •Длительность переключения выхода
- •Передний и задние фронты цифрового сигнала
- •Задержка распространения сигнала
- •Энергопотребление
- •ПОРТЫ ВВОДА И ВЫВОДА ЦИФРОВЫХ СХЕМ
- •Порты вывода (выходы) цифровых схем
- •Двухтактный порт вывода
- •Однотактный порт вывода с пассивной нагрузкой
- •Открытый порт вывода
- •Двунаправленные порты
- •Порт ввода с триггером Шмитта
- •Подтягивающие и понижающие резисторы
- •Подтягивающие и понижающие резисторы. Применение (2).
- •Пример полнофункционального дискретного порта ввода-вывода
- •Специальные варианты использования портов
- •Электропитание цифровых схем
- •Комбинационные и последовательностные схемы
- •Комбинационные и последовательностные схемы
- •Функциональные узлы
- •Функциональные элементы: логические элементы/вентили.
- •Функциональные элементы: цифровые триггеры.
- •Функциональные элементы: базовые операционные элементы
- •Мультиплексоры
- •Наращивание «ширины» мультиплексора
- •Мультиплексоры в составе УЛМ (LUT)
- •Демультиплексоры
- •Дешифратор (Decoder)
- •Дешифратор: обозначение и схема
- •Применение дешифраторов
- •Схема наращивания размерности двоичного дешифратора
- •Дешифратор семисегментного индикатора
- •Шифратор (Encoder)
- •Компаратор (Comparator)
- •Компаратор: схема и наращивание
- •Схемы контроля
- •Схемы свертки (по модулю 2)
- •Схемы контроля по коду Хемминга
- •Сумматоры
- •Полный сумматор
- •Многоразрядные сумматоры
- •Комбинационные схемы сдвига
- •Комбинационный матричный умножитель
- •Триггеры
- •Классификация цифровых триггеров по логике работы
- •Классификация триггеров по способу синхронизации
- •Классификация триггеров по внутренней структуре
- •Классификация триггеров по схемотехнике
- •Структура триггера
- •RS-триггер
- •D-триггер
- •T-триггер
- •JK-триггер
- •Классификация синхронных универсальных триггеров
- •MS-триггер с инвертором
- •JK-триггер на основе MS-триггера с инвертором.
- •MS-триггер с запрещающими связями
- •D-триггер на основе MS-триггера с запрещающими связями
- •Универсальная трехтриггерная ячейка
- •Регистры
- •Структура регистра
- •Накопительные регистры на RS-триггерах
- •Накопительный регистр на D-триггерах
- •Регистр сдвига на RS-триггерах
- •Регистры сдвига на универсальных синхронных триггерах
- •Сдвигающий регистр на универсальных D-триггерах с приемом и сдвигом информации по синхросигналу
- •Реверсивный регистр на основе D-триггеров
- •Регистровые файлы
- •Счётчики
- •Классификация счётчиков
- •Асинхронные счётчики с непосредственными связями
- •Асинхронные счётчики с внутренними связями
- •Способы ускорения переноса у асинхронных счётчиков
- •Асинхронные счетчики со сквозным (а) и параллельным (б) переносом
- •Синхронные счётчики с параллельным переносом
- •Счётчики с произвольным коэффициентом пересчёта
- •Примеры счетчиков с различными коэффициентами пересчета и вентильной логикой
- •Реверсивные счётчики
- •Продолжение следует …
- •Основные приемы схемотехнического проектирования
- •Способы описания цифровой аппаратуры
- •Документирование схем
- •Инструментально-технологическая цепочка проектирования цифровых схем
Демультиплексоры
Демультиплексор(demultiplexer)–
комбинационный БОЭ по функции обратный мультиплексору: осуществляеткоммутацию одного цифрового входа на один из нескольких цифровых выходов (говорят: «демультиплексор 1в n»). Номер подключенноговыхода задается двоичным кодом на специальном k-разрядном
адресном входе nmax=2k .
Для коммутации многоразрядного кода используют несколько одноразрядных демультиплексоров с параллельно соединенными адресными входами – многоразрядный демультиплексор (говорят: «m- разрядный демультиплексор 1 в n»).
Применение:
Подключение входов одного из нескольких блоков к одному входу цифровой схемы (к входному выводу микросхемы).
Подключение источника данных к одному из нескольких каналов передачи данных (используется в шинных и сетевых коммутаторах).
58
Дешифратор (Decoder)
Дешифратор – комбинационный БОЭ который преобразует входной код в отличный от него выходной код с равным или большим количеством разрядов.
Двоичный дешифратор (полный) – преобразует К-
разрядное двоичное число в 2К-разрядный унитарный код
(код «1 из N»).
Неполный двоичный дешифратор имеет < 2К разрядов на выходе, т.е. некоторым комбинациям на входе нет соответствующего унитарного кода на выходе (все «0»).
Дешифратор специальных кодов – на входе и/или выходе иные типы кодов.
Дешифратор семисегментного индикатора - на входе двоичное число, на выходе код управления для высвечивания этого числа на семисегментном индикаторе.
59
Дешифратор: обозначение и схема
{I8,I4,I2,I1} – входной четырехразрядный двоичный код;
{O15,O14,…, O0} – выходной унитарный код. EN (ENABLE) – вход разрешения преобразования: дешифратор выполняет преобразование только, если на входе EN активный уровень («EN» = 1 или «not EN» = 0). При неактивном уровне на выходах все «0». Примеры:
EN=1 I = {0101} => O={0000000000100000}
EN=1 I = {0111} => O={0000000010000000}
EN=0 I = {0101} => O={0000000000000000}
EN=0 I = {0111} => O={0000000000000000}
60
Применение дешифраторов
В качестве селектора одного из устройств (памяти, вводавывода), подключенных к общей процессорной шине, но имеющих разные адреса (селектор адреса) (верхний рисунок)
В составе контроллера матричной Клавиатуры для последовательного перебора строк клавиатуры
В качестве схемы, реализующей произвольную логическую функцию или для построения дешифратора специальных кодов (нижний рисунок)
61